液壓制動牽引車離心釋放器試驗裝置的設計

許延暉，王肖一

（河北煤炭科學研究院有限公司，河北 邢臺 054000）

1 概 況

隨著煤礦井下輔助運輸設備的技術發展以及礦井安全生產意識的提高，對無極繩連續運輸的牽引車運行速度提出了更高的要求，特別是超速沖擊和斷繩保護方面提出了嚴格要求，為此，加大對無極繩牽引車限速保護裝置設計研究工作勢在必行。無論是牽引車采用的是插爪制動還是抱軌制動，都需要在車體上配備限速裝置，而機械式離心釋放器是限速裝置的關鍵零部件，以KSP-120/200P無極繩卡軌車液壓制動牽引車為例，其牽引車上配備的離心釋放器如圖1所示。

圖1 離心釋放器的外形Fig.1 Shape of centrifugal releaser

離心釋放器固定在牽引車上，從牽引車的車輪讀取轉數，當轉速達到超速設定值時離心釋放器觸發液壓球閥，液壓系統失壓后機車抱閘制動，實現牽引車的超速保護。

但以往在整車組裝時，對于離心釋放器往往缺乏必要檢測手段，僅是通過裝機后的放車試驗判斷離心釋放器的有效性，存在安全隱患。為此，本文設計了一種便攜式的離心釋放器試驗裝置，能夠較為準確測出離心釋放器的觸發轉速。

2 離心釋放器試驗裝置的設計

離心釋放器是在離心塊的離心力和壓縮彈簧的彈簧力共同作用下工作的，當機車的運行速度增大時，離心釋放器的轉速增大，離心塊的離心力大于彈簧的彈力，彈簧芯軸被頂出，實現離心釋放器的觸發動作，故本文設計的試驗裝置需要滿足3個功能特點，即提供轉速且能調速的動力裝置、觸發感應裝置和精準的測速裝置，并且該試驗裝置要求具有便攜式特點，便于現場使用。

根據上述要求，該離心釋放器的試驗裝置技術方案設計如圖2所示。動力裝置1給離心釋放器提供轉速，通過帶傳動（包括大帶輪2、三角帶3和小帶輪5），將轉速傳遞給離心釋放器4，增大轉速到極限值時，觸發超速感應裝置6，期間測速裝置8時時記錄轉速值，整個裝置固定于便攜式底座7上。

圖2 試驗裝置方案設計Fig 2.Design of test device

下面對該離心釋放器試驗裝置的動力裝置、傳動裝置、測速及超速感應裝置、裝置底座等主要部件進行設計及選型。

2.1 動力裝置的設計

離心釋放器試驗裝置的動力裝置要求能夠為離心釋放器提供合適的轉速且調速方便。考慮到現場試驗條件，選取220 V的可調速直流電機作為動力裝置。為了方便移動，設計了一個電機封裝盒，速度調節按鈕及刻度盤固定于封裝盒外側，電機及封裝盒外形如圖3所示。

圖3 電機及封裝盒外形Fig.3 Shape of motor and packaging box

2.2 傳動裝置的設計

電機與離心釋放器之間采用皮帶傳動的方式，為提高離心釋放器的轉速，采用增速帶輪的設計方式，兩帶輪的速比為1∶2，帶輪結構形式如圖4所示。為便于調節帶輪的平行位置，帶輪與軸之間用緊定螺釘固定。

圖4 大小帶輪的結構形式Fig.4 Structures of pulleys

2.3 試驗裝置底座的設計

按照“電機—皮帶—離心釋放器”順次連接的布置形式，本文設計了1個便攜式的試驗底座，該試驗底座起到了固定架的作用，可以方便的將待測的離心釋放器與電機連接牢固。試驗底座是由12號槽鋼、電機固定底座和離心釋放器固定架3部分組成，其三維建模如圖5所示。

圖5 試驗底座的三維建模Fig.5 3Dmodeling of test base

2.4 超速感應裝置的設計

離心釋放器轉速達到臨界值時，彈簧芯軸就會被離心塊推出，但這個彈簧芯軸被彈出的瞬間不易捕捉。為了準確感應這一臨界速度，設計了一個簡易的超速感應裝置。在離心釋放器的固定架上加持1個具有彈性的細鋼絲，如圖6所示。當彈簧芯軸被推出時觸碰細鋼絲，細鋼絲就會發出嗡鳴聲，這個嗡鳴信號聲即為超速感應效果，根據這個信號便可較為準確的記錄此時的臨界速度。

圖6 數據采集裝置的結構形式Fig.6 Structure of data acquisition device

3 試 驗

3.1 試驗裝置的組裝

將直流調速電機和離心釋放器在試驗底座上固定好后，用三角帶將兩帶輪連接起來。接通220 V電源后，該裝置即可啟動，若出現運轉不平穩，間歇性噪音等問題，適當調節緊定螺釘，確保兩帶輪的準確位置。裝置調節好后，用數字式轉速表測量小帶輪轉速，即為離心釋放器的轉速。離心釋放器試驗裝置組裝后的布置形式如圖7所示。

圖7 離心釋放器試驗裝置的實物照片Fig.7 Physical photographs of centrifugal releaser test device

3.2 試驗原理

離心釋放器的離心塊在高速旋轉時產生離心力，由離心力公式F=mrω2可知，當離心塊的質量m一定時，轉速ω越大，轉動半徑r也越大，同時與之對應的彈簧力滿足胡克定律F=kx，彈簧變形量x隨著轉動半徑r相應變大，彈簧芯軸在彈簧力和離心塊推力的雙重作用下向外頂出，當頂出長度達到一定值時，觸發超速急停機車上的超速急停裝置。故彈簧芯軸的推出長度是一個與轉速有關的量變積累過程，測量臨界速度時必然要考慮。在該試驗裝置中可以通過調節細鋼絲的加持位置，測出彈簧芯軸推出相應長度的臨界轉速。

3.3 試驗數據的采集與處理

以KSP-120/200P無極繩卡軌車液壓制動牽引車為例，卡軌車的牽引速度為0～1.6 m/s，按照煤炭行業標準煤礦井下鋼絲繩牽引卡軌車技術條件《MT/T 590一1996》中第5.2.3.1中的規定，在運行速度超過額定速度30%時自動施閘，設定超速限定值為vmax=1.6×1.3=2.08 m/s，離心釋放器安裝在車輪上，通過增速齒輪將機車的直線速度轉換成離心釋放器的圓周速度，ωmax=340 r/min。

故根據上述設定值對離心限速器的觸發轉速進行測定，首先調節超速感應裝置，即彈性鋼絲與離心限速器的距離，其設定方法如圖8所示。

圖8 彈簧芯軸的推出長度L的設定方法Fig.8 The setting method of the push-out length L of the spring mandrel

設定彈簧芯軸的推出長度L后，用螺釘將彈性鋼絲固定牢固。啟動直流調速電動機，緩緩加速，觀察離心釋放器的運轉情況，同時觀察數字式轉速表的轉速值，當轉速表數值接近340 r/min時，緩慢加速，直到聽到彈簧芯軸與彈性鋼絲的輕微碰撞聲時，停止加速，讀出轉速表的示數ω，依次進行第2組、第3組試驗，試驗數據見表1。

表1 實驗數據表格Table 1 Experimental data table

通過對比表1的試驗數據，可以得出，找到臨界轉速下的彈簧芯軸較為準確的推出長度L=2.0 mm。以此為例，可以通過更為精細地調整彈簧芯軸的推出長度，得出更為準確的轉速臨界值。

4 結 語

本文闡述了液壓制動牽引車離心釋放器試驗裝置的設計思路，建立了試驗裝置的三維模型，介紹了電機選型、電機箱體、皮帶輪傳動以及試驗底座等各主要部件的設計過程，在此基礎上闡述了離心釋放器試驗裝置組裝以及試驗數據的采集和處理。該離心釋放器試驗裝置試制完成后，已經完成了2套液壓制動牽引車離心釋放器的測試檢驗工作，使用效果良好。